(57)【要約】【課題】  排ガスの熱回収器内部の伝熱管表面に付着・堆積するダストの洗浄を可能とし、洗い残し部分のない排ガス熱回収器の洗浄装置を提供することを目的とする。【解決手段】  排ガス熱回収器内に、鉛直に配置される複数の伝熱管の外表面を洗浄する洗浄装置であって、前記伝熱管に直交する方向に設けられ、前記伝熱管の振動を抑制する振動防止板と、洗浄水供給用パイプと、前記洗浄水供給用パイプに接続され、伝熱管間に前記伝熱管の長さ方向と直交方向かつ排ガス流に平行方向に配置され、複数の洗浄水噴射穴を備える可撓性チューブと、前記可撓性チューブの長さ方向に沿って配置される支持チューブとを備え、前記可撓性チューブが耐熱性かつ耐腐食性であり、前記洗浄水噴射穴から前記振動防止板に向かって斜め上方向に洗浄水を噴射する、排ガス熱回収器の洗浄装置を提供する。【選択図】      図１
2010255925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス熱回収器内に、鉛直に配置される複数の伝熱管の外表面を洗浄する洗浄装置であって、
前記伝熱管に直交する方向に設けられ、前記伝熱管の振動を抑制する振動防止板と、
洗浄水供給用パイプと、
前記洗浄水供給用パイプに接続され、伝熱管間に前記伝熱管の長さ方向と直交方向かつ排ガス流に平行方向に配置され、複数の洗浄水噴射穴を備える可撓性チューブと、
前記可撓性チューブの長さ方向に沿って配置される支持チューブと
を備え、前記可撓性チューブが耐熱性かつ耐腐食性であり、前記洗浄水噴射穴から前記振動防止板に向かって斜め上方向に洗浄水を噴射する、排ガス熱回収器の洗浄装置。
【請求項２】
前記可撓性チューブがフッ素樹脂チューブである、請求項１に記載の排ガス熱回収器の洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄水供給用パイプが前記伝熱管の長さ方向に平行に配置され、排ガス流上流側から前記伝熱管に洗浄水を噴射する噴射ノズルを備えている、請求項１に記載の排ガス熱回収器の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス熱回収器の洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止のため、二酸化炭素排出量を削減することが急務となっている。二酸化炭素排出量を削減するためには、燃焼における熱エネルギー利用を高効率化させることが重要である。特に、燃焼排ガスの熱エネルギーを回収し、再利用すれば、使用燃焼を削減することができ、二酸化炭素排出量の削減に寄与することができる。
【０００３】
熱回収器では、シェルと伝熱管との中にそれぞれ流体を通し、相互間で熱交換を行うことにより熱エネルギーを回収する。熱回収器では、伝熱管を密集して配置することにより伝熱面積を確保している。このため、熱回収器を排ガスに適用した場合、排ガスに含まれるダストが伝熱管表面に付着・堆積し、伝熱管の管群間で詰まりが発生するという問題があった。ダストの付着・堆積が進行すると、伝熱性能の低下に伴い熱回収量が低下すると共に、ガス側の圧力損失が増加し、熱回収器の運転ができなくなる場合がある。
【０００４】
従来、伝熱管に付着・堆積したダストを除去するために、伝熱管の管群の上流側に設置したスプレイパイプから、洗浄水を噴霧することが行われてきた。しかし、伝熱管の外側から洗浄水を噴霧するだけでは、管群内部の伝熱管まで洗浄水が行き渡らず、十分な洗浄が困難であった。
【０００５】
熱交換器を洗浄するための装置としては、伝熱管を支える支持板に設置したノズルヘッドから洗浄液を噴霧させ、熱交換器内部を洗浄する装置が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、かかる装置は、シェル・アンド・チューブ構造の蒸発器の内部のスラッジを洗浄するために適用されるものであり、排ガス熱回収器の洗浄に適用することはできなかった。
【０００６】
熱交換器の管群に沿って移動可能なランスから洗浄水を噴射することによって熱交換器管群を洗浄する洗浄装置もまた知られている（例えば、特許文献２）。しかし、かかる装置を適用するためには、管群同士の間に、ランスを差し込むためのスペースを確保する必要があり、既存の熱交換器にそのまま適用できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２６５９８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、排ガス熱回収器内部の伝熱管表面に付着・堆積するダストの洗浄を可能とし、洗い残し部分のない排ガス熱回収器の洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、排ガス熱回収器内に、鉛直に配置される複数の伝熱管の外表面を洗浄する洗浄装置であって、前記伝熱管に直交する方向に設けられ、前記伝熱管の振動を抑制する振動防止板と、洗浄水供給用パイプと、前記洗浄水供給用パイプに接続され、伝熱管間に前記伝熱管の長さ方向と直交方向かつ排ガス流に平行方向に配置され、複数の洗浄水噴射穴を備える可撓性チューブと、前記可撓性チューブの長さ方向に沿って配置される支持チューブとを備え、前記可撓性チューブが耐熱性かつ耐腐食性であり、前記洗浄水噴射穴から前記振動防止板に向かって斜め上方向に洗浄水を噴射するようにしている。ここで、本明細書において、直交方向とは、正確に直交方向のみならず、装置運転上支障がない限り、実質的に直交方向である場合も含み、略直交方向も含んでいる。また、平行方向とは、正確に平行方向のみならず、実質的に平行方向である場合も含み、略平行方向も含んでいる。
【００１０】
本発明の排ガス熱回収器の洗浄装置は、その一形態において、前記可撓性チューブがフッ素樹脂チューブであることが好適である。
【００１１】
本発明の排ガス熱回収器の洗浄装置は、その一形態において、前記洗浄水供給用パイプが前記伝熱管の長さ方向に平行に配置され、排ガス流上流側から前記伝熱管に洗浄水を噴射する噴射ノズルを備えていることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排ガスの熱回収器内部の伝熱管表面に付着・堆積するダストの洗浄を可能とし、洗い残し部分のない排ガス熱回収器の洗浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る排ガス熱回収器の洗浄装置を説明する概念図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩによる断面を説明する概念図である。
【図３】可撓性チューブの断面を説明する概念図である。
【図４】本発明に係る洗浄装置の分解した状態と、組み立てた状態（一点鎖線）を拡大して説明する斜視図である。
【図５】本発明に係る洗浄装置の作用を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る排ガス熱回収器の洗浄装置について、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１及び図２に、本発明に係る排ガス熱回収器の洗浄装置について、その一実地形態を示す。図１及び図２に示す洗浄装置１は、排ガス熱回収器２００内部に設置され、主たる構成要素として、洗浄水供給用パイプ１０と、可撓性チューブ１１と、支持チューブ１２と、振動防止板１３とを備えている。
【００１６】
本発明に係る洗浄装置１が適用される排ガス熱回収器２００には、排ガス１００が流入する。排ガス熱回収器２００には、鉛直方向に複数の伝熱管２が配置されており、各伝熱管２の上端は、上部ヘッダ１６と接続されている。上部ヘッダ１６は、詳細には図示されないが、中空の板状体であり、冷却水を導入するための入口が設けられている。冷却水は、上部ヘッダ１６に導入された後、各伝熱管２の内部を下方へ流下する。この上から下に向けて流れる冷却水と上流から下流に向けて流れる排ガス１００とが、伝熱管２の壁面を介して熱交換を行う。この熱交換により、排ガス１００が有する熱エネルギーが、伝熱管内の冷却水に取り込まれて回収される。各伝熱管２を通過した冷却水は、１つの管に集められてボイラ給水等に供給される（図示を省略）。
【００１７】
排ガス１００は、ボイラ等から排出されるＳＯ３等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスである。熱回収器入口における排ガス１００の温度は１３０〜２５０℃であり、流速は８〜１５ｍ／ｓである。排ガス１００には、ＳＯｘ、ＣＯ２、ＣＯ、煤塵等の成分が含有される。特に、ＳＯ３は腐食性が高く、酸露点以下では結露して伝熱面を激しく腐食させる性質がある。また、排ガス１００に含まれる煤塵（ダスト）は、伝熱管の外表面に付着し、堆積する。熱回収器内部において、伝熱管２は鉛直方向に２０〜９００本配置されており、伝熱管相互の間隔は、約８〜１０ｍｍである。熱回収器内部において、伝熱管２の列は、排ガス１００の流れと平行方向に複数配置されている。好ましくは、伝熱管２は、２０〜３００本からなる列と、２０〜３０本からなる行として配置される。熱回収器内における排ガス１００の流れは水平方向であり、伝熱管２の長さ方向と直交する方向である。
【００１８】
振動防止板１３は、伝熱管２を支持することにより振動を防止し、伝熱管２の損傷を防止する。振動防止板１３は、伝熱管２の長さ方向と直交方向に、互いに間隔を置いて平行に配置される。振動防止板１３同士の間隔は、好ましくは、１０００〜２０００ｍｍである。また、振動防止板１３には、伝熱管２を通すための貫通穴が、整列して形成されている。該貫通穴の数は、伝熱管２の数と同数である。振動防止板１３は、長さ９００〜１４００ｍｍ、幅８００〜２０００ｍｍ、板厚１０〜２０ｍｍが好適であるが、伝熱管２の振動を抑制できればこれに限定されない。また、排ガス熱回収器２００に備わる上部ヘッダ１６は、振動防止板１３と同様に用いられる。
【００１９】
洗浄水供給用パイプ１０は、熱回収器２００の外部から、可撓性チューブ１１に洗浄水１０１を供給する管である。洗浄水供給用パイプ１０は、伝熱管２の長さ方向に平行に配置されている。また、洗浄水供給用パイプ１０は、複数の伝熱管２よりなる伝熱管管群の排ガス流上流側に設置される。洗浄水供給用パイプ１０は、図示されない外部の洗浄水供給源と、バルブ２０を介して接続される。洗浄水供給源から供給される洗浄水１０１は、通常の水またはアルカリ性水溶液である。アルカリ性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウムの水溶液が挙げられる。アルカリ性水溶液のｐＨ及び濃度は適宜調整される。洗浄水供給用パイプ１０には、ポンプ２１が管路を介して連結される。洗浄水供給用パイプ１０の他端は、洗浄水噴霧時の振れ防止のためにダクトに取り付けられる。洗浄水供給用パイプ１０としては、ＳＵＳ３１６Ｌ、ハステロイ（登録商標）Ｃ２２等の耐熱性及び耐腐食性の合金を使用することができる。洗浄水供給用パイプ１０の直径は、６０〜１２０ｍｍである。洗浄水供給用パイプ１０の伝熱管２側の外壁面には、複数の分岐パイプ２３が間隔を置いて設けられている。分岐パイプ２３には、複数の可撓性チューブ１１の一端が接続される。分岐パイプ２３は、直径が８〜３０ｍｍ、長さが４０〜１００ｍｍとすることが好適である。洗浄水供給用パイプ１０と可撓性チューブ１１との接続は、分岐パイプ２３を介して行われなくてもよく、本発明の目的が達成される限り、他の一般的な手段により行うことができる。
【００２０】
洗浄水供給用パイプ１０はまた、排ガス流の上流側から伝熱管２に洗浄水１０１を噴射する噴射ノズル１７を備えている。噴射ノズル１７は、洗浄水供給用パイプ１０の外壁面の伝熱管管群側に、整列して配置される。噴射ノズル１７は、好ましくは７５０〜１０００ｍｍの間隔で配置される。噴射ノズル１７としては、水、アルカリ水溶液等用の一般的な液体噴射ノズルを用いることができる。噴射ノズル１７は、中心軸から３０〜４５°の角度をなす円錐の形状に洗浄水１０１を噴射し、その噴射水量は、１０〜３５Ｌ／ｍｉｎである。洗浄水供給用パイプ１０が噴射ノズル１７を備えることにより、伝熱管管群の外側から洗浄水１０１を伝熱管管群に向けて噴射することができ、排ガス上流側に位置する伝熱管２を洗浄することができる。
【００２１】
可撓性チューブ１１は、複数の洗浄水噴射穴１５を備えており、洗浄水供給用パイプ１０から供給された洗浄水１０１を、洗浄水噴霧穴１５によって振動防止板１３に向かって斜め上方向に噴射する。可撓性チューブ１１の一端は、洗浄水供給用パイプ１０に分岐パイプ２３を介して接続されている。可撓性チューブ１１の他端側は、伝熱管２間に、排ガス１００の上流側から下流側に抜けるように通されている。可撓性チューブ１１は伝熱管２間において、伝熱管２の長さ方向と直交方向に、かつ排ガス１００の流れと平行方向に配置される。可撓性チューブ１１は、支持チューブ１２とともに支持体１４により伝熱管２間に支持されるが、他の一般的な手段によって伝熱管２間に支持されてもよい。
【００２２】
各可撓性チューブ１１はまた、振動防止板１３の下側に、伝熱管２の長さ方向に一定の間隔をあけて配置される。可撓性チューブ１１の上端と振動防止板１３の下面との間隔は、３０〜５０ｍｍであることが好ましく、３５〜４０ｍｍであることがより好ましい。伝熱管２間において、可撓性チューブ１１は、伝熱管２と接触していてもよく、接触していなくてもよい。可撓性チューブ１１の直径は、８〜１０ｍｍであり、長さは９００〜１４０ｍｍであるが、本発明に係る洗浄装置１の運転上支障がない限りこれに限定されない。可撓性チューブ１１は、３〜６行の伝熱管２、好ましくは４行の伝熱管２を間に挟んで配置される。
【００２３】
洗浄水噴射穴１５は、可撓性チューブ１１の側壁に、３０〜４０ｍｍの間隔で穿孔されている。洗浄水噴射穴１５は、可撓性チューブ１１の側壁において、伝熱管２間に配置される。洗浄水噴射穴１５の直径は、好ましくは１．５〜３ｍｍであり、より好ましくは１．８〜２．２ｍｍである。洗浄水噴射穴１５は、一方向に集中して配置せずに、可撓性チューブ１１上を洗浄水の流れ方向に進んだときに、可撓性チューブ１１の中心軸に対し左右交互に配置される。また、洗浄水噴射穴１５が伝熱管２間に配置されることにより、伝熱管２の列の隙間に洗浄水を噴射することができ、ガス流れ下流側の伝熱管２にも洗浄水の一部が衝突して伝熱管２を洗浄するという効果を奏する。
【００２４】
図３に示すように、洗浄水噴射穴１５は、鉛直方向の中心線ｌとθの角度をなす方向に設けられる。洗浄水噴射穴１５が設けられる角度θは、好ましくは３０〜６０℃であり、より好ましくは４５℃である。これにより、可撓性チューブ１１の上側に設けられた振動防止板１３に向けて洗浄水噴射穴１５から斜め上方向に洗浄水を噴射することができ、洗浄水１０１を振動防止板１３に衝突させ、広範囲に分散させることができる。
【００２５】
可撓性チューブ１１は、耐熱性、耐腐食性の材料からなる。可撓性チューブ１１を耐熱性、耐腐食性の材料で構成することにより、２００℃の高温排ガスとの接触による損傷を防止できると共に、ＳＯ３等の腐食性物質による腐食を防止することができる。
【００２６】
可撓性チューブ１１はまた、フッ素樹脂チューブであることが好適である。フッ素樹脂チューブとは、フッ素樹脂のみを用いて形成されるチューブである。上記したように排ガス熱回収器内部は、ボイラからの排ガスが流入するため高温であり、酸腐食環境である。従って、耐熱機能及び酸腐食耐性を持たせるため、伝熱管２はフッ素樹脂でコーティング又はライニングされている場合や、フッ素樹脂チューブである場合がある。かかる場合、ＳＵＳ３１６Ｌ、ハステロイ（登録商標）Ｃ２２等の金属管を伝熱管２間に挿入すると、伝熱管２を構成するフッ素樹脂が摩擦により傷つけられる可能性がある。伝熱管２と可撓性チューブ１１とが、少なくとも外表面において同一素材で形成されていると、互いに接触してもの磨耗・損傷しないという効果を奏する。
【００２７】
フッ素樹脂としては、約２５０℃以上の耐熱性があるＰＴＦＥ、ＰＦＡが好適である。本発明に係る洗浄装置１によれば伝熱管管群内部で洗浄水を噴射することにより伝熱管２を効率的に洗浄できるため、ダストが堆積して伝熱管２間の詰まりが発生するのを防ぐことができる。
【００２８】
支持チューブ１２は、可撓性チューブ１１が撓むのを防止する機能を有している。支持チューブ１２は、伝熱管２間において、可撓性チューブ１１に沿って配置される。支持チューブ１２としては、ＳＵＳ３１６Ｌ、ハステロイ（登録商標）Ｃ２２、及びフッ素樹脂ライニングを全面に施工した棒鋼等を用いることができる。支持チューブ１２の直径は、８〜１０ｍｍであり、長さは９００〜１４００ｍｍであるが、本発明の利益が損なわれない限りこれに限定されない。支持チューブ１２は、好ましくは可撓性チューブ１１と同一材料の耐熱性、耐腐食性の材料から形成されており、より好ましくは、可撓性チューブ１１と同一材料のフッ素樹脂から形成される。支持チューブ１２と可撓性チューブ１１が同一材料で形成されることにより、相互に接触しても磨耗・損傷しないという効果がある。支持チューブ１２が可撓性チューブ１１に接触して支持することにより、可撓性チューブ１１の撓みを防止し、洗浄水の噴射角度がずれるのを防止することができる。
【００２９】
次いで、図４について、本実施形態の排ガス熱回収器の洗浄装置１をさらに詳しく説明する。本実施形態の洗浄装置１では、可撓性チューブ１１及び支持チューブ１２は、支持体１４により伝熱管２間に支持される。図４では、可撓性チューブ１１及び支持チューブ１２が支持体１４から取り外され、支持体１４が振動防止板１３から取り外されている状態で表されている。可撓性チューブ１１及び支持チューブ１２を支持体１４に取り付け、支持体１４を振動防止板１３に取り付けた状態を、一点鎖線により表している。図４においては、洗浄水供給用パイプ１０に接続される可撓性チューブ１１が１本のみ記載されているが、実際には洗浄水供給用パイプ１０には複数の可撓性チューブ１１が接続されている。図４は、本実施形態の洗浄装置１の一部分を拡大して示すものであり、本実施形態の洗浄装置１は、図示されていない伝熱管２、可撓性チューブ１１、支持チューブ１２、支持体１４をさらに備えている。
【００３０】
支持体１４には、穴２７が複数穿孔されており、これに対応する穴２６が振動防止板１３の側面に設けられている。支持体１４は、止めビス２５を穴２６及び穴２７に挿入し、固定することにより、振動防止板１３の両側面のそれぞれに取り付けられる。支持板１４は、止めビス２５の他に、他の一般的な手段によって振動防止板１３に取り付けられてもよい。支持体１４には、貫通穴２８が設けられており、貫通穴２８には貫通穴２９が隣接して設けられている。振動防止板１３の両側面に固定される２つの支持体１４のそれぞれの貫通穴２８には、可撓性チューブ１１が通される。同様に、上記２つの支持体１４のそれぞれの貫通穴２９には、支持チューブ１２が通され、支持される。貫通穴２８と可撓性チューブ１１、貫通穴２９と支持チューブ１２は、溶接等の手段により固定されてもよい。
【００３１】
次に、図５について、本発明に係る洗浄装置１の作用を説明する。図５において、排ガス１００は図の裏から表の向きに流れている。洗浄水噴射穴１５から斜め上向きに、かつ伝熱管２の列の隙間に噴射された洗浄水１０３は、振動防止板１３に衝突し、噴霧圧力と排ガス１００の流れにより振動防止板１３を伝ってさらに広範囲に分散する。また、洗浄水１０３は重力により、伝熱管２の外表面を伝って下方に流れ落ちるため、外表面に付着するダストを除去することができる。ここで、図２を参照すると、洗浄水噴射穴１５のうちのαから噴射される洗浄水は広範囲に分散し、管群内のＡで示される洗浄範囲に到達することができる。この洗浄範囲Ａは、例えば、排ガス流速が１０ｍ／ｓ、洗浄水噴射穴１つ当たりの噴射水量が約１Ｌ／ｍｉｎであるときはおよそ１４０ｍｍ×７０ｍｍの面積となる。各洗浄水噴射穴１５に対応する洗浄範囲Ａを組み合わせ、洗浄水が到達しない部分がなくなるように、可撓性チューブ１１及び洗浄水噴射穴１５を配置する。これにより、伝熱管管群の内部まで十分に洗浄することが可能となり、洗い残し部分をなくすことができる。
【００３２】
可撓性チューブ１１を通る洗浄水の水圧は、０．１５〜０．２５ＭＰａであることが好ましい。フッ素樹脂チューブの許容圧力以下の水圧で、かつ洗浄水噴射穴１５から洗浄水を効果的に噴射可能な水圧とするためである。また、１つの洗浄水噴射穴１５当たりの噴射水量は、０．８〜１．２Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る洗浄装置１は、排ガス熱回収器の運転中に伝熱管２の洗浄のために用いられる。洗浄は、間欠的に、好ましくは１日に２〜３回行われる。熱回収器運転中に洗浄が行われることにより、排ガス流れを利用して洗浄水を広範囲に拡散させることができ、伝熱管管群を効率的に洗浄することができる。
【００３４】
本発明に係る洗浄装置によれば、伝熱管管群の内部から洗浄水を噴射することにより伝熱管外表面に付着するダストを効率的に洗浄することができる。このため洗い残し部分が発生せず、熱回収器の熱回収効率を高めることができる。また、伝熱管同士の間隔が狭隘であっても、ダストの堆積による詰まりを防止することができ、ガス側圧損を低減することができる。本発明に係る洗浄装置ではまた、伝熱管間に挿入されるチューブが可撓性であるため、伝熱管間隔が狭隘であっても伝熱管を損傷させることがない。さらに本発明に係る洗浄装置は、該可撓性チューブが耐熱性かつ耐腐食性であるため、高温の腐食性排ガスが流入する熱回収器にも適用できるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、伝熱管表面に付着・堆積するダストの洗浄を可能とし、洗い残し部分がない排ガス熱回収器の洗浄装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１        洗浄装置
２        伝熱管
１０      洗浄水供給用パイプ
１１      可撓性チューブ
１２      支持チューブ
１３      振動防止板
１４      支持体
１５      洗浄水噴射穴
１６      上部ヘッダ
１７      噴射ノズル
２０      バルブ
２１      ポンプ
２３      分岐パイプ
２５      止めビス
２６      穴
２７      穴
２８      貫通穴
２９      貫通穴
１００    排ガス
１０１    洗浄水
１０２    洗浄水の噴射方向
１０３    洗浄水
２００    熱回収器
α        洗浄水噴射穴
Ａ        洗浄範囲
ｌ        鉛直方向の中心線
θ        中心線となす角度
【図１】
2010255925.tif 000003
【図２】
2010255925.tif 000004
【図３】
2010255925.tif 000005
【図４】
2010255925.tif 000006
【図５】
2010255925.tif 000007